Katalog

100 metre yeraltında Büyük Patlama zamanı İnsanlık tarihinin en büyük deneyi için geri sayım başladı: Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nde (CERN) yer alan dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı, Ağustos ayının başında devreye girecek. Evrenin oluşum sürecini öğrenmek isteyen bilim insanları, bugüne kadar üretilen ve test edilmesi olanaksız olan “Higgs” veya “String” gibi iddialı teorilerin de kanıtlanmasını büyük bir heyecanla bekliyor... vrenin çok kızgın dev bir ilk patlamayla oluştuğu, fizikçiler ve kozmologlar arasında genel kabul gören standart teori. Günümüzden 13,7 milyar yıl önce yaşanan bu olağanüstü kozmik olayın ardından, genç evren genleşmeye ve soğumaya başladı. Böylece madde olarak bildiğimiz yapıtaşları oluştu. Ve bugün artık bu maddeden gelişen yapıların atomlarda ve dev galaksi kümelerinde varolduğunu da biliyoruz. İlk patlamadan hemen sonra madde, bilim insanlarının “QuarkGluonPlazma” (QGP) olarak adlandırdıkları bir bulamaç halindeydi. Bu safhada, son derece kızgın ve yoğun bir karışım olan ve maddemizin temel parçacıklarını oluşturan quarklar ve quarklar arasındaki karşılıklı etkiyi sağlayan haberci parçacıklar olan gluonlar bulunur. Bu QuarkGluonPlazma ilk patlamadan on mikrosaniye kadar kısa bir süre içinde, günümüzde atom çekirdeğini oluşturan protonlar ve nötronlar şeklinde katılaşmıştır. Quarklar ve gluonlar işte o zamandan bu yana çekirdek yapıtaşlarında sıkışıp kaldılar. İlk patlamada oluşan QuarkGluon Plazması’nın bir benzeri bugün olsa olsa, yoğunluğun inanılmaz boyutta olElliyi aşkın Türk bilim duğu bilinen nötron yıldızlarında bulunabilir. insanı bu projede çalıBilim insanları bu yaz Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nde (CERN) ilk kez laşıyor. Geçen yıl uçak boratuar ortamında ilk patlamayı ateşlekazasında yaşamını yerek, QuarkGluonPlazma elde etmeye yitiren Boğaziçi çalışacaklar.. Üniversitesi profesörü Kısaca ALICE (A Large Ion Collider Experiment/ Ağır İyon Çarpıştırıcı Deney) Engin Arık da yaşaolarak adlandırılan bu projede Boğaziçi, saydı deneyleri takip Ortadoğu Teknik ve Yıldız Teknik edebilecekti. Üniversitesi ve diğer bazı üniversitelerden elliyi aşkın Türk bilim insanı çalışıyor. Eğer yaşasaydı Boğaziçi Üniversitesi profesörü Engin Arık da deneyleri takip edebilecekti. Geçen yıl uçak kazasında yaşamını yitiren Arık, Türkiye’nin CERN’e tam üye olarak katılmasını arzu ediyordu. ALICE araştırmacıları QuarkGluonPlazma elde edebilmek için CERN’ın en güçlü çarpıştırıcısıyla çalışacaklar. ALICE, 60m derinlikte sinyalleri yakalayan 10.000 tonluk dev bir aygıt. Yıllar süren çalışmalarla içine silisyum detektörleri, spektrometre ve hızlandırıcı bölmeler yerleştirilen ALICE’ın şimdi her yerinden veriler ve kablolar fışkırıyor. Ayrıca on farklı gaz için gerekli borular ve bir de uçuş hızı sayacı ilave edilmiş son olarak. Elde edilen sıcaklığın ölçülmesinde yardımcı olan kurşunvolfram kristalleri Rusya’da üretilmiş. ALICE’ın foton spektrometresinde neredeyse 18.000 kurşunvolfram kristali bulunuyor. Onlarca ekran üzerinden sıcaklık sensorlarını takip eden, gazın han Büyük Patlama Evrenin doğuşu ve aşama aşama gelişimi E İlk Patlama Evrenin doğuşu QuarkGluon Plazma Evrenin, quark ve gluonlardan oluşan son derece kızgın bulamaç hali Mikrosaniye 10 Hadron Çarpıştırıcısı’na doğu savurduğu protonları yakalamaya devam ediyor. Fakat beklenen gün geldiğinde, grafit blok kenara çekilecek ve parçacık ışını bir enjeksiyon fırlatıcısıyla yakalandıktan sonra kuvvetli bir elektrik darbesiyle yönlendirecek. Bundan sonra iş mıknatıslara düşüyor. İki ivme halkasının çevresine yerleştirilen toplam on bin mıknatısın görevi, parçacık ışınını dizginlemek, toplamak ve yörüngesinde tutmak. Protonlar saniyede 11.200 kez Fransa ve İsviçre arasında gidip gelirken, radyo dalgaları her seferde biraz daha fazla enerji pompalayacaklar proton paketlerine. Fakat mıknatısların hepsi işleyebilecek sıcaklığa ulaşmış değil henüz. Protonların oluşumu Evren iki milyar dereceye kadar soğuduğunda, quarklar, proton ve nötron olarak birleşiyor Dakika Nükleo sentez Evrenin sıcaklığı bir milyar dereceye düştüğünde helyum ve hidrojen çekirdekleri oluşuyor Yıl 380000 TÜNELDE PROTON VINLAMALARI İlk nötr atomlar İlk yıldızlar 2700 derecede oluşuyor, evren halen geçirgen 200 Gaz bulutları, daha sonra karadelik olarak son bulacak dev yıldızlar olarak yoğuşuyor Galaksi oluşumu Tahminlere göre bu karadeliklerin etrafında daha sonra galaksiler oluşmakta 13.7 MİLYAR YIL olanaksız olan bu kısacık an, yine de evrenin biçimlendiği koşulu görmek için yeterli. Çünkü evrenin ilk on milyonda bir saniyesi quark ve gluonlardan oluşan bir bulamaçtı. Bir atom çekirdeğindekinden beş misli yoğun olarak sıkıştırılmış bu parçacıklar uzayı dolduruyordu. QuarkGluon Plazma on mikrosaniye sonra buharlaştığında minik düzensizlikler ve bunlardan ise daha sonra galaksiler gelişmiş olabilir diyor Alman nükleer fizikçi Peter BraunMunzinger. gi bölmelerden, borulardan ve sayaçlardan sızdığını izleyen bilim insanlarının asıl ilgi odağı ALICE’ın içindeki donanımlar. KISA MI KISA AN Burada ölçüm elektroniği karmaşası içinde berilyumdan üretilmiş kol kalınlığında bir tüp yer almakta ve bütün iş burada dönüyor aslında. Çünkü bilim insanları ilk patlamanın ateşini yakında burada tutuşturacaklar. İlk patlamanın sıcaklığı burada saniyede 10.000 kez alevlenecek. Tüp, Cern’deki dev ivme halkası “Büyük Hadron Çarpıştırıcısı”nın (LHC/Large Hadron Collider) bir parçası. İşte bilim insanları burada insanlık tarihinin en büyük deneyini başlatarak, evrenin nasıl ve nelerden oluştuğunu bulmaya çalışacaklar. Evrenin oluşumundan önceki koşullar, ağır atomların yoğun enerjiyle çarpıştırılmasıyla elde edilebilmekte. Her çarpışmada atom çekirdeği “patlarken”, açığa çıkan enerji de protonların ve nötronların içlerini eritmekte. Her proton, ilk patlamadan hemen sonra birbirine zincirlenen üç quarktan oluşur. Fakat bu zincir muazzam çarpışmanın etkisiyle kırılınca protonlar dağılıyor. Ve bunun yerine fizikçilerin QuarkGluon Plazma dedikleri ilk kozmik bulamaç çıkıyor ortaya. Fakat bu aşamanın ömrü çok ama çok kısadır. Nitekim bu “büyü” milyarda bir saniyenin, milyarda bir parçası kadar kısa bir süre içinde bozuluyor. Fakat ölçülmesi neredeyse YENİ BİLİM DALI İlk patlamada nelerin yaşandığını öğrenmek isteyen, maddenin neden oluştuğunu bilmek zorunda. Ve en küçük parçacıklarla ilgilenenler, her şeyin başlangıcını kavradıklarında yanıtları bulabilirler. Günümüzde dünyada bulunan parçacıklar ve güçler dünyayla birlikte ortaya çıkmamıştır. Bunların ilk patlamadan hemen sonra oluşan (ya da ALICE deneyindeki) koşullarda gelişmeleri gerekiyordu. Bilim insanlarının bu yeni ilgi alanıyla birlikte yeni bir bilim dalı doğdu. Evreni, quark ve nötrinoları aynı çatı altında inceleyen bilim dalına “Astroparçacık Fiziği” deniyor artık. Bu oluşumdan sonra bilim insanları olağanüstü bir araştırma hırsına kapıldılar. Şili’deki dev teleskop artık yetersiz bulunmakta, bunun yerine aynası bir futbol sahası büyüklüğünde olması istenen “Overwhelmingly Large “ teleskopu planlanıyor. İlk patlamanın sesi bir araya getirilen binlerce radyo alıcısıyla dinlenmeye çalışılacak. Uzaya beş milyon kilometre aralıklara yerleştirilecek üç uyduyla, ilk patlama yankısının hala Uzay ve Zamanı titrettirip, titrettirmediği kontrol edilecek. Fakat en ilginç alet kısa bir süre sonra çalışmaya başlayacak: Büyük Hadron Çarpıştırıcısı. Yerin yüz metre derinliğindeki, 27km uzunluğundaki iki çelik ivme halkasına büyük bir ihtimalle Ağustos ayının başında ilk proton paketi bırakılacak. Halkanın girişi şimdi bir grafit blokla kapatılmış durumda ve halka halen ön hızlandırıcının, Büyüt İki kamyon her gün sıvı hava taşıyor Cern’e. Hedef sıcaklığı eksi 271 dereceye kadar düşürebilmek. Çünkü akım ancak bu sıcaklıkta mıknatıs bobinlerinden engelsiz olarak geçebilmekte. Soğutma işlemi pek de kolay değil. Nitekim soğutma için en uygunu supra sıvı helyumdur. Bu eşsiz sıvı teknikçiler tarafından ancak yüksüğü dolduracak miktarda kullanılırdı bugüne değin. Fakat bu deneyde yaklaşık yüz ton helyum gerekiyor. Nitekim mıknatıs bobinlerinin minik bir kısmı bile sadece birkaç derece ısınacak olursa, metali anında eritebilecek akımlar oluşabilmekte. Birkaç salise içinde 11700 amperlik manyetik akımı dizginlemek teknikçiler için elbette ki çok zor. Halkanın enerjisi çok dikkatli bir şekilde, adım adım arttırılacak. Ve fizikçiler tek bir proton paketini güvenirli bir şekilde fırlatabilirlerse, diğer paketleri gönderecekler. Herhangi bir zaman sonra ise Cern’deki tünelde aynı zamanda 2808 proton demeti vınlayacak. Demetlerden her biri saç inceliğinde ve kibrit çöpünden biraz uzun iğneler şeklini alacak. Bu iğne biçimindeki proton demetleri iç içe çarpıştırılacaklar. Bu işlem sırasında her parçacık yedi milyar elektron volt (TeV) taşıyacak ki bu aşağı yukarı bir karasineğinin hareket enerjisine eşittir. Sıradan insanlar için pek bir şey ifade etmese de parçacık dünyasında bu miktar oldukça fazladır. Şimdilik dünyanın en hızlı proton hızlandırıcısı olan “Tevatron” (ABD) bu oranın ancak yedide birine ulaşabilmekte. Kaldı ki protonlar tek tek değil sürüler halinde üste üste fırlıyorlar ve her birinde milyarlarca parçacık var. dört tanesi şu anda hazır. Ve LHC nihayet büyülü TeV sınırını aşarak, teorikçilerin sorularına da yanıt verecek. Sonuçta onların hesapları standart modele dayanıyor. Bu model her ne kadar çok başarılı olsa da yine de bazı pürüzleri var. Ve bunlar LHC ile nihayet açığa çıkacak. Büyük sürprizler bekleyen fizikçiler, LHC’deki çarpışmada oluşabilecek sayısız parçacık tahmin ederek, karanlık madde, gizli uzay boyutlarından ve karadeliklerden söz etmeye başladılar. Ama bilim insanlarının asıl hedefi parçacık fiziğindeki standart modelde varsayılan temel parçacıkları yakalamak. Higgs olarak adandırılan bu parçacıklar diğerleri gibi değil, standart model sadece iki tür parçacığı tanıyor. Birincisi maddeyi oluşturmakta, diğerleri ise bu tür parçacıklar arasındaki kuvvetleri iletiyor. Bunlar gibi bir araya gelen toplam 24 parçacık, Cern’deki büyük hızlandırıcıda, Amerika’da Fermilab’da ve Hamburg’daki Desy’de bulunduysa da Higgs hiçbir yerde görülemedi henüz. STANDART MODELİN KALBİ Hiç kuşku yok ki Higgs, parçacık dünyasında farklı bir yeri var ama öte yandan da standart modelin kalbi. 24 parçacık gerçi Higgs olmadan da karşılıklı etki dansını yapabilir. Hem bu durumda denklemler de daha açık ve simetrik olurdu. Buraya kadar her şey basitmiş gibi görünüyor ama durum sanıldığından daha karmaşık. Nitekim Higgs olmasaydı diğer parçacıkların kütlesi olmaz, uzayda çekimsiz olarak asılı kalırlardı. İşte kimi fizikçiler bu yüzden parçacıklardaki maddeyi ancak Higgs ile açıklayabiliyorlar. Bilim insanlarının Higgs’in birçoğu varlığına inansalar da on yıllarca süren deneyler hep başarısız oldu. Ve seksenli yıllarda nihayet bir grup araştırmacı iddialı bir teori attı ortaya. Teze göre yaşam, Strings olarak adlandırılan çok minik iplerden meydana gelmekte ve parçacıklar String’lerin titreşimlerinden başka bir şey değil. Yani buna göre dünya, karşılıklı etki içindeki tellerin kozmik senfonisiyle varlığını ortaya koymakta. Devamı 14. sayfada SADECE 20 ÇARPIŞMA İki ışın karmakarışık bir şekilde vınlarken, birbirlerinden habersizmiş gibi görünürler. Ancak bu protonların % 99,999 999 99’u için geçerlidir. Çarpışma sırasında topu topu 20 parçacık parçalanmakta. İsabet olasılığı, mesela bir futbol sahası büyüklüğündeki bir alanda milimetre büyüklüğünde gemileri batırabilme şansı kadardır ancak. Fakat fizikçiler için önemli olan bu yirmi çarpışma. Nitekim bu çarpışmalar, ilk patlamayla ilgili gizleri çözmeye yarıyor. Ancak parçacık çarpışmasında enerji ne kadar yüksekse, dağılan parçacıkları yakalamak o kadar zorlaşır. Bilim insanları bu amaçlarına ulaşabilmek için hep daha büyük detektörler geliştiriyorlar. Bu detektörlerden CBT 1114/12 25 Temmuz 2008 CBT 1114/13 25 Temmuz 2008